Molekulardynamik-Simulationen beliebig geformter Teilchen in zwei Dimensionen

Tillemans, H.-J.

Book/Report

FZJ-2019-00498

Molekulardynamik-Simulationen beliebig geformter Teilchen in zwei Dimensionen

Tillemans, H.-J. (Corresponding author)FZJ*

1995
Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek, Verlag Jülich

Jülich : Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek, Verlag, Berichte des Forschungszentrums Jülich 3038, 141 p. (1995)

Please use a persistent id in citations: http://hdl.handle.net/2128/21289

Report No.: Juel-3038

Abstract: In dieser Arbeit haben wir ein Simulationsprogramm vorgestellt, mit dem es möglich ist, die Bahnkurven und Rotationen von Partikeln zu berechnen, die die Gestalt von konvexen Polygonen haben. Wir berücksichtigten dabei eine elastische Wechselwirkungskraft, sowie Dissipation und Gleitreibung. Der wesentliche Vorteil dieses Modells gegenüber Molekulardynamik-Simulationen mit sphärischen Teilchen ist die Berücksichtigung von sterischen Effekten, die auf die geometrische Form der Teilchen zurückzuführen ist. Ein markantes Beispiel ist in der rotierenden Trommel der Winkel, den die Oberfläche des Granulates mit der Horizontalen bildet. Mit unserem Modell erhalten wir einen Wert, der im Bereich der experimentellen Befunde [137] liegt. Modelle, die sphärische Teilchen verwenden, liefern zu kleine Werte [129]. Zunächst präsentierten wir effiziente Algorithmen zum Erstellen von Voronoi-Zellen, die als Anfangskonfigurationen für Simulationen dicht gepackter Systeme sehr geeignet sind, da sie unregelmäßig geformte Polygone erzeugen, die die Ebene in isotroper Weise dicht parkettieren. Mit solchen Konfigurationen führten wir Scherzellenexperimente durch, bei denen die Schergeschwindigkeit und die Normalkraft variiert wurden. Wir fanden dabei Scherhärtung, d. h. ein Ansteigen der Scherkraft mit der Schergeschwindigkeit. Die Untersuchung der lokalen Rotation der Zellen führte uns zu der Beobachtung, daß sich zwei Regime inder Scherzelle ausbilden, das erste, in dem die Zellen rotieren und welches wir als Scherband bezeichnen, und das andere, in dem die Zellen weder rotieren noch sich relativ zueinander bewegen. Die Breite der Scherbänder ist sowohl von der Schergeschwindigkeit als auch von der Normalkraft abhängig. Es existiert ein Schwellwert für die Schergeschwindigkeit, oberhalb dessen die Scherbänder bis auf einen kleinen Restbereich in der Nähe der Wände die gesamte Scherzelle überspannen. An diesem Schwellwert ändert sich das Verhalten der Abhängigkeit der Scherkraft von der Schergeschwindigkeit. Unterhalb dieses Wertes steigt die Scherkraft wesentlich stärker mit der Schergeschwindigkeit an als über diesem Wert. Das gleiche Verhalten kann auch bei der Dilatanz, also bei der Ausdehnung des Systems, beobachtet werden. Die Begründung dieses Verhaltens sehen wir darin, daß die Verbreiterung der Scherzone aufgrund der sterischen Effekte durchdie Teilchengeometrie nur möglich ist, wenn das System dilatiert. Dilatation verursacht [...]

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